[發(fā)明專利]一種基于契約理論的協(xié)作頻譜共享動(dòng)態(tài)激勵(lì)機(jī)制設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710717867.2
• 申請(qǐng)日: 2017-08-17
• 公開（公告）號(hào): CN107509205B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙楠;陳洋;劉睿;田超;范孟林;樊鵬飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W16/14
• 分類號(hào): H04W16/14;H04W16/22
• 代理公司: 武漢帥丞知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42220
• 代理人: 朱必武;劉國(guó)斌

1.一種基于契約理論的協(xié)作頻譜共享動(dòng)態(tài)激勵(lì)機(jī)制設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

步驟1，通過將多用戶協(xié)作頻譜共享網(wǎng)絡(luò)映射成勞動(dòng)力市場(chǎng)，將基于市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的契約模型引入到協(xié)作頻譜共享機(jī)制中，建立主用戶PU模型和次級(jí)用戶SU模型；

步驟2，考慮到協(xié)作頻譜共享網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的自私性和網(wǎng)絡(luò)信息的非對(duì)稱性，針對(duì)無線節(jié)點(diǎn)位置和信道條件因素的動(dòng)態(tài)特性，建立兩階段協(xié)作頻譜共享的動(dòng)態(tài)契約模型，通過向SU提供契約，并結(jié)合步驟1中PU、SU模型而衍生出的激勵(lì)相容和參與約束的條件，實(shí)現(xiàn)對(duì)SU私有信息的甄別，以激勵(lì)其積極參與協(xié)作，從而達(dá)到無線頻譜資源高效利用的目的；最后通過建立基于契約理論的協(xié)作頻譜共享動(dòng)態(tài)激勵(lì)機(jī)制優(yōu)化模型，得到最優(yōu)解；

步驟1中，所述建立PU模型實(shí)現(xiàn)過程包括：

PU在雇傭SU為其進(jìn)行協(xié)作頻譜共享服務(wù)的條件下，SU的中繼服務(wù)使得PU所獲得的收益為：

其中，ρ0為每單位通道容量下的等效收益系數(shù)；p為SU在PU接收端的協(xié)作功率；n₀為噪聲功率；為簡(jiǎn)化分析過程，將n₀的歸一化值設(shè)置為1；

于是，PU所獲得協(xié)作效用為其所獲得的收益T減去支付給SU的報(bào)酬w，表示為：

U_P＝T-w＝log(1+p)-w (2)

步驟1中，所述建立SU模型實(shí)現(xiàn)過程包括：

假設(shè)h_ST,PR為SU發(fā)射端ST與PU接收端PR之間的信道增益，則SU的發(fā)射功率為于是，SU的協(xié)作成本表示為

其中，γ為每單位協(xié)作功率的協(xié)作成本，為每單位協(xié)作功率的成本系數(shù)，θ越低，表示SU擁有更好的信道條件，即更大的信道增益h_ST,PR，或者更少的協(xié)作成本；

于是，SU的效用表示為其獲得的報(bào)酬w減去協(xié)作成本C(p)：

U_S＝w-C(p)＝w-θp (4)

步驟2中，所述建立兩階段協(xié)作頻譜共享的動(dòng)態(tài)契約模型，所采取的實(shí)現(xiàn)過程包括：

Step1：在第1階段契約之前，SU獲知第1階段的SU類型θ₁；

Step2：PU提供一個(gè)兩階段動(dòng)態(tài)契約，高效SU對(duì)應(yīng)的契約為低效SU對(duì)應(yīng)的契約為其中，H為高效SU的標(biāo)識(shí)，L為低效SU的標(biāo)識(shí)；

Step3：SU接受或拒絕契約；如果SU接受契約，則進(jìn)入Step4，否則結(jié)束；

Step4：根據(jù)第1階段契約，SU參與協(xié)作通信，當(dāng)協(xié)作通信完成時(shí)，PU向高效SU和低效SU支付報(bào)酬，第1階段契約完成；

Step5：在第2階段契約之前，SU獲知第2階段的SU類型θ₂；

Step6：根據(jù)第2階段契約，SU參與協(xié)作通信，當(dāng)協(xié)作通信完成時(shí)，PU向高效SU和低效SU支付報(bào)酬，第2階段契約完成；

兩階段動(dòng)態(tài)契約時(shí)序如上所述，假設(shè)第1階段SU類型θ₁是θ_H的概率為q₁，第2階段SU類型θ₂是θ_H的概率表示為表示SU第1階段選擇的契約類型，且θ₁,θ₂∈{θ_H,θ_L}，q₂(θ_H)q₂(θ_L)；

從上述動(dòng)態(tài)契約時(shí)序中可以看出，PU與SU簽訂兩階段動(dòng)態(tài)契約前，SU只獲知第1階段類型θ₁，第1階段完成后SU才獲知第2階段類型θ₂。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于契約理論的協(xié)作頻譜共享動(dòng)態(tài)激勵(lì)機(jī)制設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟2中，所述建立基于契約理論的協(xié)作頻譜共享動(dòng)態(tài)激勵(lì)機(jī)制優(yōu)化模型實(shí)現(xiàn)過程包括：

基于逆向歸納法思想，先考慮第2階段的契約設(shè)計(jì)，為了激勵(lì)SU選擇與自己類型相對(duì)應(yīng)的契約，第2階段的契約需滿足以下激勵(lì)相容約束條件：

同時(shí)，為了保證所有參與協(xié)作過程的SU至少獲得保留效用，則第2階段的SU參與約束條件表示為：

其中，分別為高效和低效SU在第2階段能夠獲得的保留效用，是共識(shí)的且高效SU的效用至少不低于其保留效用低效SU的效用至少不低于其保留效用

然后考慮第1階段的契約設(shè)計(jì)，由于SU知道第1階段選擇的契約類型會(huì)被PU在第2階段用于更新其類型，因而，為了激勵(lì)高效SU在第1階段選擇與自己類型相對(duì)應(yīng)的契約，PU設(shè)計(jì)的契約需滿足以下的激勵(lì)相容約束條件：

其中，δ0為第2階段的折現(xiàn)系數(shù)，

分別表示當(dāng)高效SU在第1階段選擇的契約類型為和時(shí)的第2階段的折現(xiàn)期望效用；

為了激勵(lì)低效SU在第1階段選擇與自己類型相對(duì)應(yīng)的契約，PU設(shè)計(jì)的契約需滿足以下的激勵(lì)相容約束條件：

同樣地，為了保證所有參與協(xié)作過程的SU至少獲得保留效用，第1階段的契約需滿足以下參與約束條件：

其中，高效SU的效用至少不低于其保留效用低效SU的效用至少不低于其保留效用且

于是，兩階段動(dòng)態(tài)契約優(yōu)化問題為，在滿足上述SU參與約束條件和激勵(lì)約束條件下，PU的總期望效用最大化；

于是，根據(jù)拉格朗日乘子法和Kuhn-Tucker條件，通過求導(dǎo)進(jìn)行求解，得出最優(yōu)動(dòng)態(tài)契約的最優(yōu)解。